深度解析AC-DC电源设计

对于300W, 12V DC-DC转换器，AHB是一种高效的选择。由于初级电流滞后于变压器的初级电压，故可为两个初级MOSFET的ZVS提供必要条件。类似于LLC，利用AHB实现ZVS的能力也取决于对电路寄生元素的透彻了解，比如变压器漏电感、匝间电容和分立式器件的结电容。相比LLC控制中采用的可变频率控制方法，固定频率方案可以大大简化次级端自驱动同步整流(SR)的任务。自驱动SR的栅极驱动电压很容易由变压器次级端推算出来。增加一个低端MOSFET驱动器，比如图2所示的双路4A FAN3224驱动器，就可以精确给出通过MOSFST米勒平坦区的电平转换和高峰值驱动电流。

图2. FAN3224，利用 倍流整流器实现自驱动同步整流(SR)。

这种倍流整流器可用于任何双端电源拓扑和大DC电流应用，它具有好几个突出的特性。首先，其次级端由一个简单绕组构成，可简化变压器结构。其次，由于所需的输出电感被分配在两个电感器上，因大电流流入次级端而产生的功耗得到更有效的分布。第三，作为占空比(D)的函数，两个电感纹波电流彼此抵消。抵消掉的两个电感电流之和拥有两倍于开关频率的视在频率(apparent frequency)，故允许更高的频率，此外流入输出电感的峰值电流更低。

加在次级端整流器上的电压不对称可能是AHB的缺点之一。当 AHB在其限值D=0.5附近工作时，加载的SR电压几乎可达到匹配 。然而，更合理的方案是，通过对变压器的匝数比进行设计，使D在额定工作期间保持在0.25

调节器之后是一个带自驱动SR的不对称半桥DC-DC转换器，如图1所示。

表1. 小型AC-DC电源设计规格。

表1中的规格是对全部设计要求的简单小结。主要设计目标如下：

1. 在尽可能宽的范围上获得最大效率。

2. 实现尽可能小的设计尺寸。

3. 散热器的使用和尺寸最小化。

在尽可能宽的负载范围上获得最大效率需要对每一个功率水平的材料和元件选择进行仔细考虑，尤其是在磁性设计方面。由于交错式BCM PFC的频率可能高至数百kHz，且变化多达10:1，升压电感必需定制设计。采用适当等级的等效多股绞合线可以尽量减小AC损耗，而AC损耗正是BCM PFC升压电感中铜损耗